Первые досліди про передачу електрики на відстань

Первые досліди про передачу електрики на расстояние

Александр Семенов Опыт, у якому електрику передавалося по провідника, було виконано ще XVII століття, набагато раніше появи гальванічних елементів (1799 р.). Його автор — Отто фон Герике (1602−1686 рр.), відомий передусім своїми дослідами за магдебурскими півкулями. Хоча Герике мало займався електрикою, його ім'я міцно увійшло історію цієї науки. Потираемый руками сірчаний кулю на осі (вважається першої электризационной установкою — «машиною Герике ») служив винахіднику для модельної демонстрації «світових сил «(virtutes mundanae). Тоді як Герике спостерігав електричне тяжіння і відштовхування, т. е. електростатичну індукцію, ефект шпичаки, електропровідність лляний нитки, якої кулю передавав своє вміння притягати легкі тіла, і ін. У досвіді з ниткою тяжіння спостерігалося не більше більш 2−3 див від нижнього кінця нитки довжиною полметра.

Исаак Ньютон (1643−1727 рр.) у статті, доложенной Королівському суспільству в 1675 р., запропонував замінити сірчаний кулю скляним (електризація скла була відома Гільберту (1544−1603 рр.)). У результаті Ньютона і Франсиса Хоксби (розум. 1713 р.) з’явилися забезпечені ручним приводом электризационные машини з урахуванням обертового скляного кулі, потираемого руками.

В початку XVIII в. Хоксби використовував у ролі джерела «електричної сили «скляну трубку, потираемую безпосередньо рукою, папером, тканиною чи шкуркою. Завдяки такій трубці електричні досліди отримали широке поширення, та заодно самі электризационные машини надовго вийшли з вживання, що, на думку істориків, загальмувало розвиток науки.

Электрические досліди Герике на більш великому масштабі продовжив англійський учений Стівен Грей (розум. 1736 р.). Завдяки роботам Грея, проведеним з участю Грэнвилла Уилера (1701−1770 рр.), досліди про передачу електрики на відстань вийшли межі помещения.

Источниками «електричної сили «у Грея служили скляні трубки чи палички довжиною 104 див і з діаметром 3 див. На кінцях по тому мобільника товщі, ніж у середньої частини. Внутрішній діаметр трубки становила близько 2,5 див. Суцільна скляна паличка Грея мала 28 див у довжину та 2,2 див в діаметрі і також забезпечувала достатньо велику электризацию.

Грей виявив низку тіл, яким трубка може повідомляти «електричну силу ». Це — дерев’яні стрижні і дріт (залізна і латунна), їх Грей вставляв в трубку (через пробку); прядив’яна мотузка, що він прив’язував до трубці чи заштовхував у ній, та інших. Досліди про передачу електрики Грей одягав наприкінці дерев’яних стрижнів чи підвішував до кінця мотузка чи дроту кулю зі слонової кістки, пробки чи свинцю зі наскрізним отвором. Максимальна довжина кімнатної електропередачі по мотузку чи дроті, свисавших з трубки, не перевищувала метри, а максимальна довжина горизонтальній кімнатної електропередачі по состыкованным дерев’яним лідерів (в обох випадках — з кулею на кінці) становила понад 5,5 м, включаючи довжину трубки.

Сообщение тілах «електричної сили «Грей перевіряв з допомогою пушинки, яка могла притягатися до тіла, відштовхуватися від цього, парити повітря, знову притягатися тощо. буд., з допомогою пробної нитки, яка притягалася до зарядженим тілах, а притянувшись, відштовхувалась від нього, чи з допомогою латунного листка, який звичайно лежав дощечці і як міг притягатися тілами, які були з нього в розквіті за кілька дюймів. Для виявлення малого заряду Грей користувався довгим шматком тонкої ниті, підвішеним до кінця палки.

Желая передати електрику за більший відстань, 19 травня 1729 р. Грей провів такий досвід. Стоячи на балконі, він тримав у руці скляну трубку зі звисаючої мотузкою довжиною 8 м з кулею зі слонової кістки на кінці. Унизу перебував асистент Грея, який визначав наявність заряду з допомогою латунного аркуша (на дощечці). Грей не сумнівався у цьому, що зміг би передати електрику таким способом і з бані собору Св. Павла в Лондоне.

31 травня 1729 р. Грей, стоячи на балконі, передав електрику вгору по тичині довжиною 5,5 м, вставленному в трубку, і далі від верхнього кінця жердини вниз по прикріпленій щодо нього мотузці довжиною 10 м. Загальна довжина передачі, як вважав Грей, становила 15,5 м (хоча це розрахунок не коректний через явища електростатичної індукції, яку Грей відкрив позднее).

Все ці досліди є лише модифікацію досвіду Герике з лляний нитью.

У Грея не було чіткого ставлення до провідниках і ізоляторах. Він описує в однакових висловлюваннях передачу електрики свинцевому кулі і кулі з слонової кости.

Грей вирішив передати електрику за горизонталлю, аби з’ясувати, як далеко це можна зробити. Він підвісив мотузку на цвяхах, убитих в дерев’яну балку, далекий кінець мотузки з кулею звисав, звісно ж, над латунним листком. Досвід не вийшов: латунний листок лежав нерухомо. Грей зробив правильний висновок про тому, що електрику пішов у балку.

Преодолеть складне становище вдалося завдяки блискучої ідеї Уилера, разом із котрим Грей експериментував влітку 1729 р. Уилер запропонував підтримувати «лінію електропередачі «шовковим шнуром, а чи не підвішувати в цвяхах. Перший ж досвід, проведений 2 липня 1729 р. близько 20 годині ранку (як скрупульозно зазначив Грей у записах), перевершив усі очікування. Горизонтальна частина бечевочной лінії проходила від скляній палички, до котрої я у неї прив’язана, до шовкового шнурка. Наприкінці лінії був підвішений кулю зі слонової кістки. Звисаюча частина лінії становить близько 2,7 м, а загальна довжина дорівнювала 24,5 м. При потиранні палички латунний листок притягувався до кулі і тримався у ньому деяке время.

Заменив шовковий шнурок металевої дротом, Грей знову отримав негативну результат. Грей зрозумів, що ефект ізоляції лінії обумовлений не тонкощами шнурка, а властивостями шовку. Провівши згодом спеціальні досліди, Грей переконався, що із усіх шовкових шнурків найкращими ізоляційними властивостями мають шнурки блакитного цвета.

В успішно проведених у 1729 р. дослідах довжина лінії (мотузки) сягала 233 м, а в 1730 р. — до 270 м. Лінії трималися на 15 відтинках шовкових шнурків, натягнутих горизонтальної площині між дерев’яними прилавками. Так попередники основних елементів ліній електропередач — провідників, ізоляторів і опор. Стало ясно, що електрику можна передавати великі відстані, «хоч і край світла », як стверджував Йоганн Генріх Вінклер (1703−1770 рр.) в 1744 р., говорячи про передачі електрики по провідника, обмотанному шовком чи підвішеному на шовку. Цікаво, що Вінклер підкреслює, що зроблено передачу може сопротивление.

5 серпня 1729 р. Грей показав, що електрику можна передавати, не торкаючись лінії передачі трубкою, лише тримаючи трубку біля лінії, т. е. (по пізнішої термінології) з допомогою електростатичної індукції. Грей виконав аналогічний досвід минулого і з дерев’яним стрижнем, підвішеним до стелі на шовкових шнурках чи леске з кінського волосу. Приблизно десять років за таким принципом стали влаштовувати кондуктори электризационных машин.

Работы Грея спонукали до досліджень із електрики французького вченого Шарля-Франсуа де Систерне Дюфе (1698−1739 рр.), як він звідси пише. У 1733 р. він відтворив досліди Грея і Уилера по горизонтальній передачі електрики з допомогою мотузка. Дюфе виявив, що досвід вдається краще, якщо намочити мотузку. Розвиваючи дослідження Грея, дійшла до висновку, що ізоляційні властивості шовку обумовлені не кольором шовку, а барвниками. Дюфе передавав електрики по мотузку довжиною більш 400 м, підвішеною на шовкових підв'язках, прив’язаних до дерев. Дюфе показав, що лінію передачі можна ізолювати з допомогою як шовкових шнурків чи кінського волосу, а й скляних трубок, зокрема покритих сургучом.

После досліджень Грея і Дюфе все тіла стали ділити на провідники і непроводники, по термінології, введеної англійським ученим французького походження Жаном Теофилем Дезагюлье (1683−1744 рр.). Раніше англійський учений Вільям Гільберт (1544−1603 рр.) розділив все тіла на електрики і неэлектрики, залежно від їх спроможність электризоваться при терті. Дюфе сформулював зв’язок між тими класифікаціями: «Тіла, найменш електричні власними силами (т. е. найменш схильні до электризации), найбільш підходять передачі електричної сили на відстань » .

В Англії дослідження Грея продовжив Дезагюлье. 2 лютого 1738 р. він демонстрував Королівському суспільству передачу електрики по дроті (спочатку залізної, потім латунною) завдовжки близько 5 м.

Грей, а слідом за Дюфе і Дезагюлье порушували питання дальності, але не швидкості поширення електрики. Питання швидкості виник тільки після появи лейденської банки. Її винахід було підготовлено вищевикладеними дослідженнями і відродженням электризационных машин (замість скляній трубки), які з початку 1740-х років стали постачатися кондуктором.

Лейденская банку була винайдено в 1745 р. незалежно голландським професором Пітером ван Мюсхенбруком (1692−1761 рр.) і німецьким прелатом Эвальдом Георгом фон Клейстом. Діелектриком у тому конденсаторі служило скло судини, а обкладками — вода в посудині і долоню експериментатора, яка тримала посудину. Висновком внутрішньої обкладки служив металевий провідник, пропущений у судину і занурений в воду. У 1746 р. з’явилися різні модифікації лейденської банки з фольговыми обкладками, з м’якою внутрішньою обкладкой з металевих тирси чи дробу тощо. буд. Лейденська банку дозволяла нагромаджувати й зберігати порівняно великі заряди, порядку микрокулона.

Парижский лікар Луи-Гильом Лемонье (1717−1800 рр.) переносив заряджену лейденську пляшку в руці за кілька кварталів себе додому, цьому вона довго зберігала заряд у домі Лемонье.

Изобретение лейденської банки ознаменувалося її розрядом через тіло експериментатора. Невдовзі стали проводити досліди з розрядом лейденської банки через ланцюжок людей, взялися за руки. Англійський фізик, хімік і історик Джозеф Прістлі (1733−1804 рр.) стверджує, що така досвід перший поставив англійський лікар Вільям Ватсон (1715−1787 рр.), але пріоритет встановити важко. 20 квітня 1746 р. бургомістр Данцига Даніель Гралат (1708−1767 рр.) демонстрував місцевому суспільству натуралістів електричний удар одночасно 20 людина, взялися за руки. Іноді сусідні люди з'єднувалися через металеві стрижні. У Версалі біля Парижа у присутності короля абат Нолле демонстрував електричний удар одночасно 240 людина, взялися за руки. Про свої досліди Нолле доповів Паризької Академії Наук навесні 1746 г.

Осенью 1746 р. у Паризькій Академії Наук зробив повідомлення лікар Лемонье. Він експериментував з тонкостенным лейденским посудиною. Лемонье заряджав його, доторкаючись висновком внутрішньої обкладки безпосередньо до электризуемому тертям скляному кулі. При швидкому обертанні кулі лейденський посудину менш як по півхвилини заряджався настільки, що з дротяного виведення з шипінням виходив пучок іскор. Лемонье також розряджав лейденський посудину через ланцюжок із великого числа людей, причому електричний удар люди відчували тоді, коли стояли изолирующем килимку (з смоли і воску на частини) чи підлозі. Люди утворювали ланцюжок, тримаючись за руки чи з'єднуючись друг з одним через металеві ланцюга довжиною по 6−8 м. Одні ланцюга стосувалися землі, інші були занурені в відро із жовтою водою, і деякі обмотані навколо великих шматків заліза. В усіх цих дослідах люди відчували електричний удар. Віднявши людей з досвіду, Лемонье розрядив лейденський посудину через провід довжиною близько чотирьох км і свій тіло, у своїй частина дроти лежала на галявині, покритою росой.

В роботі Лемонье ми вперше зустрічаємо двухпроводную лінію (зображену в «Мемуарах «Паризької академії за 1746 р.). У правої руці Лемонье тримав заряджений лейденський посудину. Висновком внутрішньої обкладки Лемонье міг стосуватися дроти у 1800 м. У ліву руку Лемонье тримав провід той самий довжини, прокладений паралельно першому. Інші кінці обох дротів тримав у руках асистент. Мета експерименту полягало у визначенні швидкості поширення електрики. Лемонье доторкався висновком внутрішньої обкладки до першому дроту, у своїй обидва експериментатора відчували електричний удар. Асистент мав визначити проміжок часу між моментом освіти іскри при замиканні кайдани й посадили моментом відчуття електричного удару. Лемонье та її асистент змінювалися місцями. У результаті зроблено висновок, що електрику поширюється зі швидкістю, по крайнього заходу за 30 я разів перевищує швидкість звуку. Лемонье висловив припущення щодо мінливості швидкості поширення электричества.

Обрывая дроти на певних місцях, Лемонье переконувався, що електрику поширюється справді дротами, а чи не землею: при обриві електричний удар не ощущался.

Работа Лемонье спонукала Ватсона та інших зробити на більш великих масштабах спільні дослідження з метою визначення швидкості поширення електрики. 14 липня 1747 р. англійські вчені проклали металевий провід мостом через Темзу з однієї берега в інший. На «приймальному кінці «одне із експериментаторів, стоячи на кам’яному спуску, тримав у одній руці цей провід, а інший — металевий стрижень, занурений у ріку. На «передающем кінці «другий експериментатор, також стоячи на кам’яному спуску, тримав у руці хоча б провід, а інший — заряджену лейденську пляшку, обгорнену свинцевим фольгою і наповнену металевими ошурками. Третій експериментатор, який стояв поруч, однієї рукою опускав в воду металевий стрижень, а інший — стосувався виведення внутрішньої обкладки лейденської пляшки, при цьому всі три експериментатора відчували електричний удар. Зарядка лейденської пляшки здійснювалася від электризационной машини у будинку. Там, де проводився досвід, відстань між берегами, становила 370 м. «Довжина цієї ланцюга, через яку поширювалося електрику, — пише Ватсон, — була менш 750 м, у тому числі понад половину становив потік річки ». Ватсон зазначав, що метали найкраще проводять електрику, а й вода — теж відмінний проводник.

14 серпня 1747 р. дослідники провели досвід, такий хіба що описаного, але як зворотного дроти використовувалася земля. Довжина металевого дроти дорівнювала 32 км. Учасники експерименту тримали провід, стоячи на ізолюючих килимках з воска.

В 1747 і 1748 рр. дослідники успішно експериментували з двухпроводной повітряної лінією, загальна довжина дротів якої становила 3,7 км. Проводу подвешивались на сухих (Ватсон акцентує!) дерев’яних стійках. На основі дослідів дійшли висновку, що електрику поширюється мгновенно.

Опыты англійських дослідників викликали жваву дискусію серед фахівців із електрики на той час. Влітку 1748 р. оригінальні досліди про передачу електрики проводив Бенджамін Франклін (1706−1790 рр.). На протилежних берегах річки Скулкилл при самій воді було уткнуто по металевому прутку завдовжки близько 1 м. До верхівці одного прутка було прикріплено шматок дроту з кулькою на кінці, свисавшим над спиртом, налитим в ложку. «Тонка дріт, прикручена одним кінцем до ручці ложки зі спиртом, — пише Франклін, — була перекинена через ріку й підтримувалася над водою поромним канатом. Іншим кінцем цієї дроту була обв’язана обкладка банки, при зарядку якої іскра з крюку (виведення внутрішньої обкладки) проскакувала до верхівки прутка, уткнутого у цьому березі річки. Одночасно пруток іншою березі давав іскру в ложку зі спиртом, яке притому воспламенялся, на потіху филадельфийцев, які спостерігали ось за досвідом. Другим дротом лінії передачі служила вода річки » .

Перенесемся тепер із берегів Скулкилла на берега Невы.

В 1753 р. М. У. Ломоносов повідомляв І. І. Шувалову, що Р. У. Рихман виконував лейденський досвід «із сильним ударом »; досвід, писав Ломоносов, «можна переносити з місця цього разу місце, відділяючи від машини в знатне відстань близько цілої версти ». Хоча письмо речей та креслення досвіду втрачено, можна укласти, що петербурзький академік спорудив лінію передачі від электризационной машини «в знатне відстань ». Що являла собою рихмановская лінія передачі - невідомо. Є дані, що Рихман влаштовував досить довгі електричні лінії. Так підвісив на шовкових шнурах залізну ланцюг довжиною 40 м, яка з'єднувала між собою гострий залізний пруть, заряжавшийся атмосферним електрикою навіть у ясну погоду, і електричний покажчик (електрометр). Довжина ланцюга, за даними Рихмана, не впливала на показання электрометра. У досвіді, про яку повідомляє Ломоносов, Рихман, очевидно, заряджав і розряджав Лейденську банку «із сильним ударом «у різних точках линии.

Вышеизложенные досліди стимулювали ідею електричного телеграфу, але дивовижно, що її висловив жодного з вищезгаданих исследователей.

Первое достовірно відоме пропозицію використовувати електрику (статична) для передачі повідомлень міститься у листі якогось «З. М. «із міста Ренфрю від 1 лютого 1753 р., надрукованого у Шотландському журналі за 17 лютого. А ще лист посилаються у багатьох працях з історії телеграфії. «З. М. «пропонував провести між двома пунктами паралельні дроти з використанням ізоляторів зі скла (чи іншого підходящого матеріалу) на опорах, встановлених через певні проміжки. Дротів має бути стільки, скільки літер у алфавіті. Передача кожної літери має здійснюватися шляхом приведення в зіткнення кондуктора электризационной машини та відповідного дроти. На приймальному пункті, відповідно до пропозиції, слід було підвісити кулі, яких мали притягатися аркуші з паперу тощо. п. з нанесеними ними літерами «З. М. » .

Таким чином, відкриття електропровідності показало принципову можливість передачі електрики на відстань, причому у дослідах успішно застосовані різні провідники: льняна нитку (Герике, XVII в.), прядив’яна мотузка, непросушенное дерево, металева дріт (Грей, 1729 р.), вологий кетгут (Дезагюлье, 1738 г.).

Надежная передача електрики на відстань стало можливим тому, хто був знайдено як провідники, а й ізолятори: шовк (Уилер в досвіді, поставленому Греєм, 1729 р.), кінський волосся (Грей, 1729 р.), скло і сургуч (Дюфе, 1733 р.), сухий кетгут (Дезагюлье, 1738 р.), сухе дерево (Ватсон та інших., 1747 р.). З у першій половині XVIII в. відомі ізолюючі підставки з смоли і воска.

В першій половині XVIII в. було проведено успішні досліди передачі електрики лініями різних конфігурацій благодаря:

распределению заряду від наелектризованою скляній трубки чи палички по однопроводной лінії і індукуванню заряду на протилежному кінці лінії, у своїй довжина лінії досягала кілька сотень метрів (Грей, Дюфе, Дезагюлье 1729−1738 рр.);

разряду лейденської банки через однеі двухпроводную лінію, у своїй дальність передачі становив кілька кілометрів (Лемонье, і навіть Ватсон та інших., 1746−1748 рр.). Як зворотного дроти використовувалася дріт, земля і вода.

Из дослідів з розрядом лейденської банки через довгі лінії дійшли висновку, що електрику поширюється практично миттєво. Дослідами про передачу електрики на відстань стимулювалися ідеї електричного телеграфу, выдвигавшиеся приблизно від середини XVIII століття і реалізовувалися в 30-х роках ХІХ века.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.